金黃梅,高 博,王 博

(1.重慶市人防建筑設(shè)計研究院有限責(zé)任公司,重慶 401147;2.后勤工程學(xué)院營房管理與環(huán)境工程系,重慶 400016;3.北京軍區(qū)環(huán)境科研監(jiān)測中心,北京 100071)

油污染地下水原位生物修復(fù)試驗研究

金黃梅1,高 博2,王 博3

(1.重慶市人防建筑設(shè)計研究院有限責(zé)任公司,重慶 401147;2.后勤工程學(xué)院營房管理與環(huán)境工程系,重慶 400016;3.北京軍區(qū)環(huán)境科研監(jiān)測中心,北京 100071)

石油產(chǎn)品污染土壤和地下水已成為當(dāng)前全球共同面臨的一個嚴(yán)峻問題。根據(jù)油污染地下水的特點,采用地下水原位生物修復(fù)技術(shù)進(jìn)行處理。實驗結(jié)果表明原位生物修復(fù)技術(shù)處理地下水效果顯著,水中 COD去除率可達(dá) 95%,油類去除率也達(dá) 90%以上,是一種十分有效的地下水處理技術(shù)。

原位生物修復(fù)技術(shù);油污染地下水;試驗

石油是由上千種物質(zhì)不同的化合物組成的復(fù)雜混合物,其開采、冶煉、使用和運輸過程的泄漏事故,以及含油廢水的排放、污水灌溉、石油制品的揮發(fā)、不完全燃燒飄落等帶來了一系列石油污染問題。這些泄漏的成品油大多屬于輕質(zhì)非水相液(LNAPL),具有易揮發(fā)、粘度小、運移速度快等特點。從 20世紀(jì) 80年代開始已被應(yīng)用的原位曝氣生物修復(fù)技術(shù)是用于修復(fù)受石油污染的地下水和飲用水井的一種新型地下水修復(fù)技術(shù)。利用現(xiàn)場條件,在基本不破壞地下水自然環(huán)境的條件下,將受污染的地下水進(jìn)行原位修復(fù),處理效果好、處理費用低、不易造成二次污染,而且工藝簡單、操作維修方便、安全性好[1]。許多實例[2～5]已證明,該技術(shù)能夠使地下水中的污染物得到實質(zhì)性且永久性去除。

根據(jù)油污染地下水的特點,本實驗采用地下水原位生物修復(fù)技術(shù),模擬地下水自然環(huán)境條件,將受污染的地下水進(jìn)行原位修復(fù)。

1 實驗部分

1.1 實驗裝置及流程

裝置設(shè)計類似 DDC井,如圖 1所示。借用航空試驗中常用的半模試驗思想,裝置設(shè)計為半圓柱體,利用圓柱的軸對稱特性和密度差,可真實地模擬地下水在井筒周圍的循環(huán)。裝置平面部分采用鋼化玻璃,便于觀察過程中水和氣的流動,外層采用不銹鋼,增加耐腐蝕性能,鋼化玻璃與不銹鋼連接地方使用AB膠粘合。

裝置為高度 1.2m、半徑 0.75m的半圓桶,桶平面上布置曝氣管和取樣點,曝氣管豎向安置于平面中央,兩側(cè)同高程上等間距交叉布置取樣點(圖 2)。選擇水處理中常用的石英砂作為試驗用砂,平均粒徑 1.193mm。曝氣過程對曝氣壓力和空氣流量要求都比較嚴(yán)格,本系統(tǒng)采用電磁空壓機(jī),P ID控制轉(zhuǎn)速,能夠使實驗裝置均勻曝氣。

空壓機(jī)把空氣注入到井底釋放,空氣從底部形成氣泡并向上運動。氣泡在上升時形成汽水混合物,曝氣井下部篩網(wǎng)附近含水層中的地下水在壓力差的作用下進(jìn)入曝氣井內(nèi),沿井筒上升到井頂,使富氧的、經(jīng)過氣提作用的地下水從井上部的篩網(wǎng)返回到含水層中,井內(nèi)和井周圍附近的地下水便形成了循環(huán)。循環(huán)的過程即有機(jī)污染物的去除過程。地下水在循環(huán)時完成了充氧,同時也完成了有機(jī)污染物的生物降解和氣提。從井底進(jìn)入井筒的水,溶解氧的含量很低,但當(dāng)它從井頂排出時,其溶解氧值已大幅度提高。富氧的地下水不斷循環(huán),促進(jìn)了好氧微生物對有機(jī)物的分解;另外,富氧的水在井筒內(nèi)外不斷循環(huán),地下水和空氣不斷接觸,傳質(zhì)作用不斷發(fā)生,這種氣提作用使揮發(fā)性有機(jī)污染物不斷被去除,且循環(huán)水從井頂排出時,水中空氣也包含部分氣提出的揮發(fā)性有機(jī)污染物,向上逸散到地面和水面之間的不飽和區(qū)。在這一區(qū)域,逸散到這里的氧氣被土著微生物利用,從而使氣提出的污染物和存在于不飽和區(qū)的污染物一起得到降解[6]。

1.2 試驗水質(zhì)

采用在自來水中混合部分機(jī)油配成模擬廢水并注入實驗裝置中的石英砂里,模擬石油烴類污染的地下水主要參數(shù)見表 1。

表 1 原水水質(zhì)

1.3 試驗過程

通過計算實驗裝置裝水體積 0.53m3,試驗采用曝氣壓力為 0.05MPa,曝氣量為 0.15m/h,試驗時間為 25d。從試驗開始到結(jié)束,測 COD 1次 /d,測水體油含量 1次 /5d,測量 COD時每次在 6個點取樣,每個點取 50ml,測油含量時每次取水樣1000ml,加上曝氣蒸發(fā),試驗用水有損耗,每次取樣后都要向試驗裝置補(bǔ)加 2L水。試驗測量徑向上e1到 e66個點,垂向上 a4f4列的 a4、b4、c4、d4、e4、f46個點,共 12個點,每天測量 6個點,徑向和垂向上測點交叉取樣。每 5d測量 1次油濃度,測量點為 e4。

1.4 分析方法與儀器

COD采用重鉻酸鉀法測定 (ET99718型 COD測定儀),含油量采用紅外分光光度法測定(O IL400系列紅外分光測油儀)。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 COD隨取樣半徑變化情況

由圖 3可知 ,e1、e2、e3、e4、e5、e6測點的COD值反映 COD在徑向上的變化總趨勢是中間以內(nèi)區(qū)域低,兩側(cè)偏高,這是因為地下水在裝置中流量大部分經(jīng)過了中部以內(nèi)區(qū)域,供氧充分,所以該區(qū)域 COD去除效果好,表現(xiàn)在曲線上即低于其他點。而裝置邊緣部分循環(huán)流量低,供氧較差,COD去除效果較差。

2.2 COD隨取樣高度變化情況

由圖 4可知,a4f4列上測點值反映 COD在垂向上的變化總趨勢是裝置中間部分 COD值較低,而頂部和底部 COD值較高,這也是因為中部曝氣循環(huán)水量大,供氧充分,生物降解效果好。而頂部和底部水量小,供氧不足,降解效果稍差。

2.3 COD隨取樣時間變化情況

由圖 5和圖 6可見,COD值在徑向和垂向均隨著曝氣時間的增加而降低。在曝氣結(jié)束時 COD值從最高處的 94mg/L下降到幾乎為 0,這表明曝氣對去除 COD具有十分重要作用,適當(dāng)延長曝氣時間可以顯著提高 COD的去除率。在曝氣 11d時,大部分監(jiān)測點的 COD已經(jīng)降到了一個較低的數(shù)值,COD的變化幅度減小。考慮到實際情況,再增加曝氣量不經(jīng)濟(jì),因此取最佳曝氣時間為 11d,COD去除率為 90%。

2.4 油濃度隨取樣時間變化情況

由圖 7可以看出,油在水中的濃度總趨勢是隨時間的增加而降低。曝氣 1d后測量時,由于油污沒有分散均勻,采樣時抽取到較為純凈的水。5d后,油污分散均勻,采樣時測得油濃度為0.547mg/L,達(dá)到最高點。此后隨曝氣時間增加,測量油的含量逐漸遞減。曝氣 28d后,油濃度為0.025mg/L。這表明運用原位曝氣生物修復(fù)技術(shù)去除地下水中石油污染物效果顯著。

3 結(jié)論

(1)實驗裝置設(shè)計合理,借助密度差的驅(qū)動作用,能較好地實現(xiàn)水 -氣的相流在多孔介質(zhì)中的均勻分布,順利進(jìn)行曝氣原位生物修復(fù)去除地下水石油污染的實驗研究。

(2)實驗結(jié)果表明,運用原位生物修復(fù)處理油污染地下水,污染物去除效率極高。經(jīng)過 25d運行,裝置出水 COD平均去除率均達(dá)到 95%以上,油濃度去除率達(dá)到 80%。

(3)在實驗條件下,確定最佳運行條件為曝氣壓力 0.05MPa,曝氣量 0.15m/h,連續(xù)曝氣11d,COD的去除率達(dá) 90%。

(4)實驗過程中發(fā)現(xiàn),COD的去除率與氧含量密切相關(guān)。循環(huán)水量多的地方,供氧充分,COD值低。而距曝氣井較遠(yuǎn)的邊緣地方,循環(huán)水量小,供氧不充分,COD值高。在今后的研究中,可以深入探討如何提高裝置邊緣部分的循環(huán)供氧能力,進(jìn)一步提高裝置的污染物去除能力。

[1]趙素麗,孟秀花,周從直.地下水曝氣修復(fù)技術(shù) DDC井的評估 [J].山西建筑,2005,31(4).

[2]Gvirzman H,Gorelick SM.The concept of insitu vapor stripping for removing VOCs from groundwater[J].Transport in porous media,1992,8(2).

[3]W.M.Stallard,K.C.Wu,N.Shi,et al.Two dimensional hydraulics of recirculating ground-water remediation wells in unconfined aquifers[J].Journal of environmental engineering,1996,8(122).

[4]Schmitt R,Langguth HR,Puettmann W.Aromatic hydrocarbon degradation and metabolites formation in aquifers of a for mer gas works site: Influence of soil and groundwater reclamations[J].Grundwasser,1998,3(2).

[5]Hollmann D,Glombitza F.Microbial treatment of soils with mixed contaminations from radioactive residues and hydrocarbons[J].Proc Int Conf Radioact Waste Manage Environ Rem 5th,1995,(2).

[6]張玉平.地下水石油污染曝氣修復(fù)理論探討 [J].山西建筑,2007,30(2).

Experimental Study on In-situ Biologic Remediation Method for Oil Contaminated Groundwater

JIN Huang-mei1,GAO Bo2,WANGBo3
(1.Chongqing Architectural Design Institute Co.Ltd of Civil Defence,Chongqing 401147 China)

The serious problem of soil and groundwater contaminated by petroleum products has become a fact that the whole world has to face.According to the characteristics of ground water pollution of oil,the groundwater in-situ biore mediation technology was used.The results discovered that the removal rate of COD was up to 95%and removal of oil was more than 90%in oil contaminated groundwater.It indicated that in-situ biore mediation technology is a very effective groundwater treatment method.

in-situ bioremediation technology;oil contaminated groundwater;experiment

X17

A

1673-9655(2010)01-0053-04

2009-08-04

金黃梅 (1978-),女,安徽懷寧人。重慶市人防建筑設(shè)計研究院有限責(zé)任公司。